物理學往事 假如超越光速，會看到怎樣的景象？

如果說光追之內就是命運 那麼當我們達到光速後 又會發生什麼? 假設你乘坐一艘可以不斷加速的飛船 隨著速度的變快 你可能會認為 你的身體將無法承受如此快的速度 但事實並非如此 根據愛因斯坦的廣義等效性原理 重力場與以適當加速度運動的參考系是等價的 所以在飛船中的你 不會受到任何影響 隨著不斷的加速 我們將會看到一個奇異的光形差景象 整個星空將在我們前方的視野中不斷收縮 並隨著前方光線的匯聚而變亮 與此同時 在我們的後方將會看到星空不斷擴張 且亮度會變得越來越暗 假設我們將時空看作是一個巨大的網格結構 在沒有引力影響的宇宙區域中 空間是和時間垂直的 其他任何方向的集合 它們的結構都是筆直的 時間和空間會形成對稱的直線網格 隨著速度的加快 光形差會扭曲視野中的時空 使直線看起來變得彎曲 所有物體似乎都處於收縮狀態 如果此時 我們用一個超級望遠鏡回望地球 就會看到神奇的多普勒效應 地球上的人動作變得越來越慢 地球上的每一秒 也都需要更長時間才能到達我們 隨著圖像的紅移 地球的亮度也將逐漸變暗 而在我們前方 卻看到一個與之相反的景象 由於飛船不斷追趕前方的光線 從而發生了藍移現象 使前方的恆星變得越來越亮 其時間的速度也越來越快 其實這些只是由於接收光線的不同 所帶來的視覺變化而已 隨著速度的加快 當逐漸接近光速時 就會觸發不可逆轉的物理現象 那便是愛因斯坦狹義相對論中的時間膨脹效應 我們的宇宙是一個由三維空間 和一維時間所組成的四維結構 雖然在空間中 我們可以往任意方向移動 不會受到任何束縛 但在時間中 所有物體都遵循從過去走向未來的直線 並迫使其永遠無法回頭 當飛船起飛後 它與地球共同朝著未來前進 但由於飛船逐漸接近光速 使其時空的軌跡逐漸與地球軌跡偏離 地球與飛船的時間軸將不再一致 如果此時我們返回地球 就會發現飛船上的時鐘要比地球上的時鐘慢了許多 同時觸發狹義相對論另一個重要的結果 就是長度收縮效應 當飛船不斷加速 其長度會沿著運動的方向收縮 從飛船的角度看 整個宇宙都在向後移動 宇宙則會沿著我們的方向收縮 因此我們到達目的地的距離比預期的要短得多 此時所謂的距離變化已經不再是視覺上的錯覺 而是真實的物理現象 飛船的速度越快 與目的地之間的距離就會越短 當接近光速時 數千光年的距離幾乎可以瞬間到達 但對於地球上的人來說 已經過去了數千年 為了進一步理解 假設有一顆行星以極快的速度靠近我們 它的尺寸將會收縮 因為我們看到的距離越遠 就意味著我們看到更遙遠的過去 從我們的視角看 行星背面所發出的光 要比其正面發出的光更晚到達我們的視野 因此我們看到的行星似乎處於旋轉狀態 這種現象被稱為特雷爾旋轉 並且根據相對論 任何有質量的物體都無法超過光速 即使飛船不斷地加速 也只是在追趕光線而已 雖然從地球上看 飛船已接近了光速 但對於光線而言 你依舊處於靜止狀態 並仍以不變的絕對光速離你而去 但廣義相對論告訴我們 時空結構是動態的 可以以多種方式彎曲 我們假設將飛船放進一個氣泡 並將其推動超過光速 這就是科幻小說中的取速引擎 此時不再是通過空間飛行器的縮放問題 而是推動空間本身的結構 此時的飛船處於靜止狀態 並在比光速更快的空間中進行衝浪 但目前人們認為 這種技術無法實現 由於製造一個取速引擎 需要大量的反物質 而這又是一種 不存在於目前宇宙的物質形式 所以只能通過數學進行模擬計算 在這種情況下 如果我們從外面看 曲率引擎似乎會憑空出現 時空的曲率偏離了光線的軌跡 形成了一個移動的透鏡 透鏡被分成兩個部分 一個部分向前運動 另一個部分則反方向運動 當它靠近時 光的傳播速度會邁於取速引擎本身 導致光線還沒有足夠的時間到達我們 使我們接收到之前還沒有到達我們的光 和之後發射的光線 從引擎內部 我們看到前面的空間被壓縮 變得非常明亮 而身後的宇宙 則看起來非常黑暗 整片天空會從我們視野中消失 因為後面的光線無法追上我們 使得宇宙的追星區域 永遠無法被看到